Особенности технологий выплавки стали

Сталь представляет собой сложное соединение, в состав которого входят такие элементы, как углерод и железо. Содержит этот сплав и небольшой процент примесей, а именно марганец, серу и другие. Так как сталь состоит из этих элементов, она имеет достаточно хорошие механические характеристики. Это высокая прочность, твердость и пластичность.

Помимо этого, этот материал хорошо поддается обработке, резке и сварке, благодаря чему широко используется как конструкционный материал в машиностроении.

Для того чтобы провести выплавку стали, нужно иметь целый список материалов. Это чугун в жидкой или твердой форме, лом из стали и чугуна. Основой шихты являются металлолом, а также чугун. Также необходимы флюсы, в качестве которых берутся известь или боксит. Окислителями в таком производстве являются окалина, кислород либо же железная руда. Выплавка стали не будет осуществляться без топлива в различных состояниях: газообразного (природного газа или кокса), твердого (каменноугольной пыли), жидкого (мазута или смолы).

Технология выплавки состоит в том, что металл следует окислить и удалить из него примеси чугуна. Для этого используется кислород, содержащийся в атмосфере.

Следует отметить, что сталь можно различить по степени ее раскисления. Существует:

  • Спокойна сталь. Из нее при застывании не выделяются никакие газы.
  • Кипящая сталь. Этот материал, который, кристаллизируясь, начинает «кипеть», то есть выделять пузырьки углерода.
  • Полуспокойная сталь выделяет совсем немного пузырьков и является промежуточным вариантом.

Выплавка стали – это достаточно сложная технология, которая проходит в несколько этапов:

  1. Суть первого этапа состоит в необходимости расплавить шихту и произвести нагрев ванны расплавленного металла.Нужнотщательноследитьза тем, чтобы температура жидкого материала не была слишком высокой или слишком низкой. Именнонаэтомэтапепроисходитактивноеокисление примесей, содержащихся в чугуне и железе.

Нужно такжеобратитьвниманиенанеобходимость извлечения из металла фосфора. Для этого нужно тщательно проследить за тем, чтобы шлак содержал нужное количество оксида железа и, конечно же, за температурой ванны.

  1. Кипение ванны из металла. Кипение металлической ванны наступает по мере ее прогревания. Для того чтобы углерод раскислился успешно, в него вводятся специальные раскислители. Как было сказано ранее, окислителями при проведении данной процедуры являются кислород, окалина, а также железная руда. Когда оксид железа реагирует с кислородом, начинает происходить его «вскипание», а на его поверхности появляется большое количество пузырьков. Таким образом, происходит выделение СО.

Следовательно, количество углерода в расплавленном металле значительно снижается, температура начинает выравниваться, а ненужные в сплаве примеси и газы начинают вместе с пузырьками выводиться из металла. В результате, качество получаемого материала значительно повышается. Второй этап играет важнейшую роль в процедуре получения стали высокого качества.

  1. Непосредственное раскисление. Суть этой процедуры состоит в необходимости восстановления оксида железа, растворившегося в расплавленном металле. Как известно, в процессе расплавки металла уровень содержания кислорода в нем повышается. При расплавке стали повышенный уровень кислорода считается нормальным явлением. Однако в застывшей стали недопустимо повышение уровня кислорода. Это оказывает негативное влияние на механические свойства материала.

Следует рассмотреть отметить два метода, которые применяются на втором этапе для раскисления материала.

Первый способ – осаждающий. Его суть состоит во введении в жидкую сталь растворимых раскислителей. Использование ферромарганца, ферросилиция, алюминия наиболее распространено, так как эти элементы сродны с кислородом в большей мере, нежели с железом. При осаждающем раскислении железо восстанавливается, а образовавшиеся оксиды уходят в шлак.

Второй способ – диффузионный. В этом случае раскисляется не железо, а шлак. Для раскисления  используют те же материалы, что и при осаждающем раскислении. Измельченные элементы необходимо загрузить на поверхность шлака. Они способствуют восстановлению железа, количество которого уменьшается и происходит его растворение в стали и выведение в шлак.

На данном этапе также происходит образование оксидов. Но они остаются в шлаке. А железо, которое восстанавливается с помощью использования указанных раскислителей, уходит в сталь. Основным назначением диффузионного раскисления является уменьшение количества ненужных примесей и газов в стали. Использование этого способа раскисления помогает добиться повышения механических свойств материала. В результате можно получить высококачественную, прочную сталь.